CN105176143A - 一种热塑性塑料用无机粉体的表面修饰方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热塑性塑料用无机粉体的表面修饰方法，先用表面活性剂预处理无机粉体，调节PH后，再用硅烷偶联剂进行改性，这种方法处理得来的无机粉体亲油性更好更稳定，作为添加剂添加到热塑性塑料中能够更好的与有机树脂结合，提高热塑性塑料的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种无机粉体的表面修饰方法，具体涉及一种热塑性塑料用无机粉体的表面修饰方法。
背景技术
无机粉体在改性热塑性塑料学中应用广泛，通过无机粉体填充的聚丙烯材料，具有尺寸稳定性、改善刚性、耐热性、材料性价比提升等众多优点，广泛应用在了各种汽车塑料零部件中，但无机粉体与树脂材料之间的界面结合一直是如何进一步发挥无机粉体在树脂材料中特性的一个基本问题。
通过对无机粉体的表面功能化修饰处理是解决这一问题的一种重要技术手段，目前国内的技术主要集中在通过添加一些分子量较低的表面活性剂或界面偶联剂与粉体进行共混来解决这一问题。这种方法工艺方法粗糙，且由于所添加的表面活性剂（偶联剂）与无机粉体之间化学作用不强，不能很好改善无机粉体的亲油性，这将最终导致无机粉体无法完成材料与树脂界面之间的充分结合，仍易团聚，与有机树脂不能形成较强的结合，故需进一步开发更为先进的无机粉体表面处理的工艺技术方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种热塑性塑料用无机粉体的表面修饰方法。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：
一种热塑性塑料用无机粉体的表面修饰方法，包括以下步骤：
（1）室温下，将无机粉体加入表面活性剂溶液中，超声分散20-30min；
（2）将步骤（1）超声分散后的混合液离心，收集无机粉体半成品；
（3）将步骤（2）得到的无机粉体半成品与去离子水中混合，并调节PH为3-6，搅拌3-5min；
（4）向步骤（3）中得到的无机粉体混合液中加入硅烷偶联剂，先室温搅拌1.5-3h，继而升温至80-100℃，搅拌子搅拌反应2-4h；
（5）将步骤（4）得到混合液离心，收集得到表面修饰的无机粉体。
还包括步骤（6）：将步骤（5）得到的表面修饰的无机粉体用热乙醇清洗2-3次，置于烘箱中干燥备用。
优选的，所述无机粉体为纳米级或微米级的无机粉体。
优选的，所述表面活性剂溶液浓度为0.05-0.12mol/L。
优选的，所述去离子水用量为：去离子水（L）/无机粉体半成品（g）等于80-150L/g，所述硅烷偶联剂质量为所述无机粉体半成品质量的1.1-2.0倍。
优选的，所述无机粉体选自二氧化硅、氧化铝，碳酸钙，铁氧体及氢氧化镁中的一种或多种。
优选的，所述硅烷偶联剂为含异丙烯氧基或乙酰氧基的硅烷偶联剂。
本发明所达到的有益效果：
本发明利用无机粉体表面存在的羟基对其改性，先用表面活性剂对无机粉体进行预处理，使表面活性剂通过范德华力、静电力等较弱的分子间作用力先与无机粉体结合，活化并占据无机粉体表面的反应位点，进而再用硅烷偶联剂进行处理，硅烷偶联剂进而取代上述较弱的结合，与无机粉体表面形成氢键、甚至共价键等更为稳定的化学结合，这种方法处理得来的无机粉体亲油性更好更稳定，作为添加剂添加到热塑性塑料中能够更好的与有机树脂结合，提高热塑性塑料的综合性能；
此外，利用本发明的方法，即使对于表面羟基较少的碳酸钙，铁氧体及氢氧化镁等纳米颗粒也能达到非常好的效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明所用原料均为本领域所熟知的原料，所用表面活性剂可以是阴离子表面活性剂也可以是阳离子表面活性剂或两性表面活性剂，或是它们的组合。
实施例1
一种热塑性塑料用无机粉体的表面修饰方法，包括以下步骤：
（1）室温下，将纳米级二氧化硅加入表面活性剂溶液中，表面活性剂溶液浓度为0.05mol/L，超声分散20min；
（2）将步骤（1）超声分散后的混合液离心，收集无机粉体半成品；
（3）将步骤（2）得到的无机粉体半成品与去离子水中混合，去离子水的用量为：去离子水（L）/无机粉体半成品（g）等于80L/g，并调节PH为4，搅拌3-5min；
（4）向步骤（3）中得到的无机粉体混合液中加入硅烷偶联剂，硅烷偶联剂质量为所述无机粉体半成品质量的1.1倍，先室温搅拌1.5h，继而升温至80℃，搅拌子搅拌反应2h；
（5）将步骤（4）得到混合液离心，收集得到表面修饰的无机粉体。
（6）将步骤（5）得到的表面修饰的无机粉体用热乙醇清洗2次，置于烘箱中干燥备用，最终得到表面修饰的纳米二氧化硅。
实施例2
一种热塑性塑料用无机粉体的表面修饰方法，包括以下步骤：
（1）室温下，将纳米级氢氧化镁加入表面活性剂溶液中，表面活性剂溶液浓度为0.10mol/L，超声分散25min；
（2）将步骤（1）超声分散后的混合液离心，收集无机粉体半成品；
（3）将步骤（2）得到的无机粉体半成品与去离子水中混合，去离子水的用量为：去离子水（L）/无机粉体半成品（g）等于100L/g，并调节PH为4，搅拌3-5min；
（4）向步骤（3）中得到的无机粉体混合液中加入含异丙烯氧基的硅烷偶联剂，硅烷偶联剂质量为所述无机粉体半成品质量的1.8倍，先室温搅拌2h，继而升温至90℃，搅拌子搅拌反应3h；
（5）将步骤（4）得到混合液离心，收集得到表面修饰的无机粉体。
（6）将步骤（5）得到的表面修饰的无机粉体用热乙醇清洗2次，置于烘箱中干燥备用，最终得表面修饰的纳米氢氧化镁。
对比例1
制备表面活性剂修饰的纳米二氧化钛：
（1）室温下，将纳米级二氧化硅加入表面活性剂溶液中，表面活性剂溶液浓度为0.05mol/L，超声分散20min；
（2）将步骤（1）超声分散后的混合液离心，收集表面活性剂修饰的纳米二氧化钛。
对比例2
制备硅烷偶联剂表面修饰的纳米氢氧化镁：
（1）向含异丙烯氧基的硅烷偶联剂中加入去离子水及纳米氢氧化镁，硅烷偶联剂质量为纳米氢氧化镁质量的1.8倍，先室温搅拌2h，继而升温至90℃，搅拌子搅拌反应3h；
（5）将步骤（4）得到混合液离心，收集得到表面修饰的无机粉体。
（6）将步骤（5）得到的表面修饰的无机粉体用热乙醇清洗2次，置于烘箱中干燥备用。
性能测试
1.亲油性测试
亲油化度测试中，实施例1和实施例2中最终得到的表面修饰纳米无机粉末的亲油化度分别为：85%、89%，而对比例1和对比例2中无机粉体的亲油化度分别为：77%、79%，沉降试验中（环已烷为分散介质），实施例1中最终得到的无机粉体分散稳定，在室温下经2d后完全沉淀，加热至70℃,1d后完全沉淀，实施例2中最终得到的无机粉体分散最稳定，在室温下持续2d仅有部分沉淀，加热至70℃，1d后完全沉淀，对比例1中最终得到的无机粉体13h后完全沉淀，对比例2中最终得到的无机粉体20h后完全沉淀，加热至70℃时，对比例1和对比例2中无机粉体均在7h内沉淀完毕。
以上可看出，经表面活性剂预先处理，再用偶联剂修饰的纳米无机粉体的亲油性更好，其亲油化度在85%以上，而仅有单一表面活性剂，或偶联剂处理的无机粉体亲油化度均未达到80%，沉淀实验可也看出本发明的发发对无机粉体的表面修饰更好，实施例1和实施例2得到的无机粉体的亲油性及稳定性都明显优于对比例1和对比例2。
2.表面修饰无机粉体与聚丙烯复合材料的性能测试
按重量份称取100份聚丙烯，10份实施例1、实施例2、对比例1和对比例2中最终得到的表面修饰后的无机粉体，按本领域公知的熔融共混法制备聚丙烯复合材料，然后进行性能测试。
样品弯曲性能测试按ISO178标准进行，试样尺寸为80×10×4mm，跨距64mm，弯曲速度2mm/min；简支梁冲击性能测试按ISO179-1标准进行，试样尺寸为80×10×4mm，缺口深度为试样厚度的三分之一。
表1是实施例和对比例的性能测试结果
| 实施例1 | 实施例2 | 对比例1 | 对比例2 | |
| 弯曲模量，MPa | 1790 | 1801 | 1680 | 1708 |
| 缺口冲击强度，23℃（KJ/m2） | 26 | 30 | 23 | 25 |
由表1可知，本发明方法得到的无机粉体与聚丙烯树脂有着更好的相容性，复合材料的性能更优异。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种热塑性塑料用无机粉体的表面修饰方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）室温下，将无机粉体加入表面活性剂溶液中，超声分散20-30min；
（2）将步骤（1）超声分散后的混合液离心，收集无机粉体半成品；
（3）将步骤（2）得到的无机粉体半成品与去离子水中混合，并调节PH为3-6，搅拌3-5min；
（4）向步骤（3）中得到的无机粉体混合液中加入硅烷偶联剂，先室温搅拌1.5-3h，继而升温至80-100℃，搅拌子搅拌反应2-4h；
（5）将步骤（4）得到混合液离心，收集得到表面修饰的无机粉体。
2.根据权利要求1所述的一种热塑性塑料用无机粉体的表面修饰方法，其特征在于，还包括步骤（6）：将步骤（5）得到的表面修饰的无机粉体用热乙醇清洗2-3次，置于烘箱中干燥备用。
3.根据权利要求1所述的一种热塑性塑料用无机粉体的表面修饰方法，其特征在于，所述无机粉体为纳米级或微米级的无机粉体。
4.根据权利要求1所述的一种热塑性塑料用无机粉体的表面修饰方法，其特征在于，所述表面活性剂溶液浓度为0.05-0.12mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种热塑性塑料用无机粉体的表面修饰方法，其特征在于，所述去离子水用量为：去离子水（L）/无机粉体半成品（g）等于80-150L/g，所述硅烷偶联剂质量为所述无机粉体半成品质量的1.1-2.0倍。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种热塑性塑料用无机粉体的表面修饰方法，其特征在于，所述无机粉体选自二氧化硅、氧化铝，碳酸钙，铁氧体及氢氧化镁中的一种或多种。
7.根据权利要求1任一项所述的一种热塑性塑料用无机粉体的表面修饰方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为异丙烯氧基偶联剂或乙酰氧基偶联剂。
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